ензими от гъби

Във формите на гъбичките, междинни по отношение на степента на паразитизъм, мицелът също се намира главно вътре в субстрата, но например при растенията хифите не преминават по междуклетъчните пространства, а през клетките (през тях). За да проникне в клетката на растението гостоприемник, хифите на паразита действат върху клетъчната стена със своите ензими. В този случай хаусторията не се образува, а осмозата на хранителните вещества се извършва от цялата повърхност на хифите, потопени в субстрата. По естеството на своята дейност ензимите са близки до катализаторите на неорганичния свят, причинявайки така наречените каталитични реакции. Под каталитични реакции се разбират тези химични трансформации, които са причинени или по-скоро ускорени от присъствието на чужди вещества, които сами по себе си не претърпяват никакви промени. В същото време за успешен резултат техният минимален брой е достатъчен. Много ензими имат способността свободно да преминават през мембраната на живите клетки. Наличието или отсъствието на това свойство в ензимите позволява да ги разделим на две групи: ензими на външната работа, които проявяват своята активност в разграждането или трансформацията на вещества, които са извън клетките на техните съставни части, и ензими на вътрешна работа, чиято активност е ограничена до съдържанието на клетката, в която присъстват. По този начин има разделение между ензимите: външните ензими натрупват необходимите за растежа и развитието на гъбичките материали от околната среда, докато вътрешните обработват тези материали, отделяйки всичко ценно от тях и изхвърляйки всичко ненужно.

Gaustoria - "органът", отговорен за секрецията на ензими в гъбите

Gaustoria са странични разклонения на хифи на паразитни гъби, които проникват в клетката гостоприемник. Образуването на хаустории от паразитни гъби е единственотоначин за гъбичките да получат хранителни вещества, които се абсорбират от хаусторията от клетките гостоприемници. Открит за първи път от немския фитопатолог А. де Бари. Gaustoria се наричат също подобни образувания на други организми, като полупаразитния храст имел.

При гъбичките от брашнеста мана с повърхностен мицел хаусториите се развиват по следния начин: апресориумът, прикрепен към клетката на растението гостоприемник, отделя специфични ензими, които разхлабват клетъчната кутикула и през унищожените участъци от основата на апресориума излиза кълн, проникващ в кухината на растителната клетка. Ядрото се влива в образувания хаусториум. В ръждиви гъби с междуклетъчен мицел, хаусторията е продължение на вегетативни хифи, които, след като проникнат в клетката гостоприемник, променят външния си вид.

За растителната клетка гъбата е чуждо тяло, чието въвеждане не остава незабелязано: растителната клетка реагира на присъствието на гъбата, като образува калозна обвивка, която предотвратява по-нататъшния растеж на хаусторията.

Хаусторията се състои от три части: майчината гъбична клетка, шийката на хаусторията - частта, проникваща през клетъчната стена, и самата хаустория, разположена вътре в клетката гостоприемник. Понякога няколко хаустории могат да поникнат от една майчина клетка.

Със своите ензими полупаразитната гъба не само разтваря мембраната на клетките на растението гостоприемник, поради което прониква вътре, но обикновено ги убива, след което овладява хранителните вещества, съдържащи се в клетките. Така, проникнала в тях като паразит, гъбата след това се храни със самата убита от нея клетка като сапрофит.

Установено е, че колкото по-изразени са сапрофитните свойства на гъбата, толкова по-голям е наборът от ензими, които тя има, което й позволява да се установи на различнисубстрати и ги развийте като източник на хранене. Някои сапрофитни гъби имат способността да произвеждат около 20 различни ензима, като съставът на последните може да бъде променлив и да варира в зависимост от субстрата.

Напротив, колкото по-изразени са паразитните свойства на гъбата, толкова по-малък е наборът от ензими, които притежава, поради което може да засегне само ограничен брой субстрати, до отделни сортове растения. Такова ограничаване до строго определени субстрати се нарича специализация, а паразитната гъба се нарича високоспециализирана. Специализацията по гъбите понякога достига крайни граници: известно е, че гъбите са ограничени дори до определени растителни органи. Това явление се нарича органотропия.

Гъбените ензими имат невероятни свойства. С тяхна помощ гъбите могат лесно да унищожат материали, които трудно се атакуват от химически реактиви. Изучавайки механизма на разрушителната работа на гъбите, експертите намират начини да го използват за нуждите на нашия живот. Така например, с помощта на ензимни препарати, пекарите успяват да приготвят тестото по-бързо и да пекат хляба по-румен, с хрупкава коричка. Това лекарство се получава от гъбата аспергима. Ензимите имат специализация, поради която действат само върху едно определено вещество. В случаите, когато е необходимо да се „прегризе“ вещество с много сложна структура, винаги се набират няколко ензима, действащи заедно или в определена последователност един след друг. По този начин функциите на ензимите са насочени към превръщане на неразтворимите органични съединения в разтворимо вещество, главно в захар, след което се наблюдава непрекъснатост в тяхната активност, в резултат на което неразтворимата формация постепенно се разделя наотделни части, от които след това се произвежда разтворима глюкоза. Оттук и наличието в живите клетки на гъбични хифи на различни, понякога многобройни ензими.

Голям интерес представляват трутовите гъби. Те причиняват обичайното кафяво или бяло гниене. Тези, които причиняват кафяво гниене, "изяждат" целулозата с помощта на целулозния ензим. Именно този ензим привлече вниманието на специалистите. В края на краищата целулозата или влакната се намират не само в дървото. Има го много в морковите, зелето, граха и, разбира се, в грубите фуражи. Силажът беше обработен с тези ензими - и той стана по-добре усвоен от животните, към него бяха добавени захари; паста - и те започнаха да се усвояват много по-бързо. След обработка с ензими грахът, бобът и други продукти се усвояват по-добре. Въз основа на получените данни миколозите мислят за още по-трудна задача - как да използват ензими, за да променят процеса на хидролизата на растенията, където алкохолът и фуражната мая се получават от дърво. Тогава не са необходими киселини, пара и целият процес ще протича при стайна температура. Но откъде да вземете ензима? Кой тиндер да избера? Докато не се спряхме на оградена гъба трън. Гъбата дава отличен ензим, но недостатъчен.

Количеството ензими в гъбите се подчинява на общото правило. Колкото по-специално е адаптиран един вид към определен субстрат (например мухоморка, растяща върху почвата на иглолистни и смесени гори), толкова по-малко ензими притежава (има не повече от четири в мухоморката). Много нисши гъби, които заразяват голям брой субстрати, и по-високи, разрушаващи дървесината (гъбички, стриди), които трябва да намерят храна в сложни дървесни съединения, имат доста голям набор от ензими. Това обяснява факта, че гъбите, изолирани от естественото им местообитание, се развиват добреизкуствени условия в научни лаборатории. Тук те растат в така наречената чиста култура.

Гъбите абсорбират хранителни вещества от останки от растителен или животински произход (сапротрофни или сапрофитни видове) или от тъканите на живи организми (паразитни видове). Много гъби влизат в контакт с корените на висшите растения, получавайки органични вещества от тях. Растенията от своя страна с помощта на гъбичките получават от почвата вода, минерални соли и др.. Такива взаимноизгодни връзки на организмите се наричат симбиотични, а връзките на гъбите с висшите растения също се наричат микоризни. Повечето ядливи гъби са микоризни.

Основната храна на гъбите са въглехидрати, по-специално прости захари, висши алкохоли и многоосновни киселини, които те използват за изграждане на тялото и като източник на енергия. Такъв важен елемент като азота се абсорбира от повечето видове както от неорганични, така и от органични съединения. Необходимите хранителни вещества за гъбите включват калий, магнезий, желязо, цинк, сяра, фосфор, манган, мед, скандий, молибден, галий, ванадий. Някои от тези елементи засилват действието на ензимите, а други са част от техните молекули. За нормалното функциониране гъбичките се нуждаят и от витамини и вещества за растеж (биотин, инозитол, пиридоксин, никотинова и пантотенова киселини). При липса на тези вещества растежът на гъбичките се забавя или спира.

Ензимите в действие

По естеството на своята дейност ензимите се разделят на няколко групи. Първата група включва ензими с така нареченото хидролитично действие. Проявява се в следното. „Екип“ от няколко ензима разгражда вещество, като едновременно с това добавя вода към неговите молекули. Крайният резултат е такъвработа е втечняването на това вещество. Характерен пример е картината на развитието на гъбички върху повърхността на желатина. Горният слой от желатин се натрупва от разтварянето на твърдите му съставни протеинови материали. Протеазните ензими обикновено се отбелязват по този начин.

Протеазите, протеиназите, протеолитичните ензими са ензими от класа на хидролазите, които разцепват пептидната връзка между аминокиселините в протеините.

Протеазите могат да бъдат разделени на две основни групи: екзопептидази (разцепват аминокиселини от края на пептида) и ендопептидази (разцепват пептидни връзки в рамките на пептидната верига). Ендопептидазите са намерили по-широко промишлено приложение от екзопептидазите. Пептидазите също се класифицират според оптималното рН на ензима (киселинни, алкални или неутрални протеинази), субстратна специфичност (колагенази, кератинази, еластаза и т.н.) и тяхната хомология с добре проучени протеини (трипсиноподобни, пепсиноподобни). Класификацията според структурата на активния център на протеазите включва:

- серинови протеази (трипсин, химотрипсин, субтилизин, протеиназа К); - аспартат протеази (пепсин, ренин, микробни аспартат протеази); - цистеинови протеази (папаин, фицин, бромелаин); - металопротеази (колагеназа, еластаза, термолизин).

Сериновите протеази (серин ендопептидази) са ензими, които могат да разрязват протеини чрез разрязване на пептидни връзки и се различават от другите протеази по присъствието на аминокиселината серин в техния активен център. Серинови протеази се срещат както в многоклетъчни, така и в едноклетъчни организми, те присъстват както в еукариоти, така и в прокариоти. Те се подразделят на кланове според структурни характеристики, а клановете от своя страна се делят на семейства, чиито членове имат сходни последователности. Протеолитичните ензими могат да бъдат получени от растителни (папаин, фицин и др.), животински (трипсин, ренин и др.) източници и микроорганизми. Сред микроорганизмите основните продуценти са бактериите, представители на родовете Bacillus, Streptomyces, Pseudomonas и микроскопичните гъбички от родовете Aspergillus, Mucor, Penicillium и др.

Мазнините също се влияят от гъбичките. В този случай "необходимите правомощия" са делегирани на ензими - липази. Липаза (англ. Lipase), понякога Стеапсин (англ. steapsin) е водоразтворим ензим, който катализира хидролизата на неразтворими естери - липидни субстрати, спомагащи за смилането, разтварянето и фракционирането на мазнините. Повечето липази действат върху специфичен фрагмент от глицериновия скелет в липидния субстрат (А1, А2 или А3). Липазата, заедно с жлъчката, усвоява мазнините и мастните киселини, както и мастноразтворимите витамини A, D, E, K, превръщайки ги в топлина и енергия. Липопротеин липазата разгражда липидите (триглицеридите) в състава на кръвните липопротеини и по този начин осигурява доставката на мастни киселини до телесните тъкани. Контактът им с мазнините завършва с "пълната загуба на лицето" на последните, принудени да "се съгласят" с превръщането им в течна емулсия. От гъбичните хидролизиращи ензими уреазите са от особен интерес. Те са фокусирани върху разграждането на уреята. Уреята се натрупва в гъбичните тъкани като отпадъци. И това се случва само в случай на повишено хранене на мицела с азотни вещества на фона на въглехидратно гладуване. Веднага след като в хранителната среда се появи достатъчно количество въглехидрати, мицелът започва да ги абсорбира в излишък, като същевременно игнорира азотсъдържащите хранителни вещества. Необходимият за метаболизма азот се извлича от уреята с помощта на уреази и веднага се абсорбира.

клас ензимиоксидоредуктаза; са широко разпространени в природата, те катализират редокс реакции в живите клетки, в които кислородът на въздуха служи като акцептор на водорода. Когато водородът се прехвърля към O2 от окислен субстрат, се образува вода (H2O) или водороден пероксид (H2O2).Според структурата някои оксидиази са металоензими (например тирозиназа, аскорбатоксидаза съдържат мед), други са флавопротеини (например глюкозооксидаза). Те допринасят за окисляването (разграждането) на резервните вещества, натрупани от мицела. В резултат на това се произвежда необходимата енергия за проявата на жизнената активност на гъбичните клетки. Дейността на тези ензими наподобява печка, която гори гориво. Получената топлина затопля схванатите крайници, като по този начин им дава възможност да се движат. Типични представители на оксидазните ензими са лаказа и пероксидаза. В растителното царство лаказа се намира например в сока на лаковото дърво. Благодарение на нея този сок бързо се втвърдява и потъмнява, образувайки такъв добре познат материал като японски лак. Друга група ензими - зимази - участва активно в процеса на дишане на гъбите. Поради това те често се наричат респираторни ензими. Тези ензими, в присъствието на кислород, превръщат натрупаната в мицела захар във въглероден диоксид и вода. Тези три групи ензими се считат за основните в гъбите. Всеки от тях има своя функция и предназначение.